本論文以高壓碳化法處理堿解法硼泥回收其中的鎂資源,解決傳統(tǒng)碳化工藝中富鎂液濃度低(以MgO計(jì)5～12g/L)的問(wèn)題,獲得雜質(zhì)含量低的高濃鎂浸出液,以提高后續(xù)熱解工序中設(shè)備利用效率、降低能耗。另外,從動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)方面重點(diǎn)研究加壓碳化體系中鎂、鈣(主要雜質(zhì))的溶解規(guī)律,為實(shí)際生產(chǎn)操作提供現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)和理論依據(jù)。論文主要研究?jī)?nèi)容與成果如下:進(jìn)行了硼泥加壓碳化提鎂工藝方面的研究�？疾炝硕趸�?jí)簭?qiáng)、原料固液比、攪拌強(qiáng)度及溫度對(duì)堿解法硼泥碳化提鎂的影響。在二氧化碳?jí)簭?qiáng)5MPa、固液比0.18、攪拌強(qiáng)度500r/min、溫度50℃的條件下,將堿解法硼泥碳化1.5h,獲得了氧化鎂濃度為26.63g/L的浸出液,其中氧化鈣、硼、鐵、鋁、硅的濃度分別為 0.16g/L、0.11g/L、0.23g/L、0.01g/L 和 0.06g/L,氧化鎂浸出率為 38.80%。考察了加壓碳化法對(duì)其他富鎂原料的適用性,以菱鎂礦輕燒粉、白云石輕燒粉、碳?jí)A法硼泥輕燒粉為原料,經(jīng)加壓碳化獲得了氧化鎂濃度分別為32.96g/L、18.04g/L、28.76g/L的浸出液,氧化鎂浸出率分別為82.21%、45.17%、35.99%,浸出液中雜質(zhì)含量低。對(duì)氫氧化鎂高壓碳化溶解過(guò)程的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。闡述了氫氧化鎂在高壓下碳化溶解過(guò)程的機(jī)理,推導(dǎo)了動(dòng)力學(xué)模型,并利用所推模型和Arrhenius方程對(duì)氫氧化鎂加壓溶解過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,溶解過(guò)程受氫氧化鎂顆粒周?chē)鷿u進(jìn)液膜內(nèi)擴(kuò)散的控制,200r/min、300r/min、400r/min下的表觀活化能分別為17.10kJ/mol、25.11kJ/mol和25.39kJ/mol。計(jì)算了氫離子在液膜中的表觀擴(kuò)散系數(shù),回歸得到了氫離子表觀擴(kuò)散系數(shù)與攪拌強(qiáng)度、溫度之間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)方程。為得到高溶出率、高濃度的溶出液,優(yōu)化了原料固液比、二氧化碳?jí)簭?qiáng)、攪拌強(qiáng)度、溫度等溶解條件,在固液比0.10、二氧化碳?jí)簭?qiáng)5MPa、攪拌強(qiáng)度700r/min、溫度30 ℃的條件下溶解40min,得到了溶出率86.83%、氧化鎂濃度59.88g/L的溶出液。測(cè)定了 20～70℃下二氧化碳?jí)簭?qiáng)為1～5MPa時(shí)三水碳酸鎂在水中的溶解度,其隨溫度的升高而減小、隨二氧化碳?jí)簭?qiáng)的增大而增大。對(duì)MgCO·3H2O-CO2-H2O體系中三水碳酸鎂溶解度與溫度、二氧化碳?jí)簭?qiáng)之間的關(guān)系進(jìn)行了擬合,得到形式簡(jiǎn)潔的經(jīng)驗(yàn)方程。研究了雜質(zhì)鈣的高壓碳化溶解�？疾炝瞬煌瑢�(shí)驗(yàn)條件對(duì)氫氧化鈣碳化溶解的影響。測(cè)定了 20～70℃下二氧化碳?jí)簭?qiáng)為1～5MPa時(shí)碳酸鈣在水中的溶解度,其隨溫度的升高而減小、隨二氧化碳?jí)簭?qiáng)的增大而增大。對(duì)CaCO3-CO2-H2O體系中碳酸鈣溶解度與溫度、二氧化碳?jí)簭?qiáng)之間的關(guān)系進(jìn)行了擬合,得到形式簡(jiǎn)潔的經(jīng)驗(yàn)方程。研究了高壓碳化體系中鎂與鈣之間的影響�？疾炝藲溲趸V與氫氧化鈣在碳化溶解過(guò)程中的相互影響:氫氧化鈣的存在對(duì)氫氧化鎂溶解影響較小,原料中鈣鎂比越高氫氧化鎂初始溶解速率越慢;氫氧化鎂的存在對(duì)氫氧化鈣溶解影響較大,原料中鎂鈣比越高溶液中能達(dá)到的氧化鈣濃度越低。測(cè)定了 20～70℃、二氧化碳?jí)簭?qiáng)為1～5MPa下于水中共存時(shí)三水碳酸鎂、碳酸鈣的溶解度,前者與單獨(dú)存在體系中相差不大,后者降低了 1個(gè)數(shù)量級(jí),兩者都隨溫度的升高而減小、隨二氧化碳?jí)簭?qiáng)的增大而增大。對(duì)MgCO3·3H2O-CaCO3-CO2-H2O體系中三水碳酸鎂、碳酸鈣溶解度與溫度、二氧化碳?jí)簭?qiáng)之間的關(guān)系進(jìn)行了擬合,得到形式簡(jiǎn)潔的經(jīng)驗(yàn)方程。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TQ132.2
【部分圖文】：

１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０??Ｐｏｓｉｔｉｏｎ（°２Ｔｈｅｔａ）??圖２．２其他富鎂原料ＸＲＤ圖：ａ．菱鎂礦輕燒粉；ｂ．白云石輕燒粉；ｃ．碳?jí)A法硼泥輕燒粉??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?ＸＲＤ?ｐａｔｔｅｒｎｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｏｔｈｅｒ?ｒａｗ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｕｓｅｄ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ：?ａ．?ｃａｌｃｉｎｅｄ?ｍａｇｎｅｓｉｔｅ；??ｂ．?ｃａｌｃｉｎｅｄ?ｄｏｌｏｍｉｔｅ；?ｃ．?ｃａｌｃｉｎｅｄ?ｂｏｒｏｎ?ｍｕｄ?ｂｙ?Ｃ〇２－ｓｏｄａ?ｐｒｏｃｅｓｓ??實(shí)驗(yàn)中作為原料的硼泥為硼精礦加壓堿解（Ｑｉｎ等，２０１５；殷保穩(wěn)，２０１４；殷??保穩(wěn)等，２０１４ｂ）的尾渣。物相分析（圖２．１）顯示其中的氧化鎂主要以蛇紋石和水??鎂石的形式存在

３?１％?ｘ?４０／５８?…（２．１）??菱鎂礦輕燒粉、白云石輕燒粉及碳?jí)A法硼泥輕燒粉的物相分析如圖２．２所示。??各原料的化學(xué)成分列于表２．３中。??表２．３實(shí)驗(yàn)所用原料化學(xué)成分??Ｔａｂｌｅ?２．３?Ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｒａｗ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｕｓｅｄ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ??化學(xué)成分（ｗｔ％）??原料??ＭｇＯ?ＣａＯ?Ｂ２０３?ＴＦｅ?Ａ１２０３?Ｓｉ０２??堿解法硼泥?３８．１３?１．３０?０．８２?６．８７?１．７７?１３．８??菱鎂礦輕燒粉?８５．８５?１．７６?．．．?０．８５?１．６?５．５４??白云石輕燒粉?３６．９８?５７．９７?．．．?１．２５?１．０２?４．７７??碳?jí)A法硼泥輕燒粉?４４．４０?１．５５?５．０５?６．３５?２．１９?１８．２７??２．２．２實(shí)驗(yàn)試劑及儀器??實(shí)驗(yàn)所用的試劑及儀器如表２．４、表２．５所示。??實(shí)驗(yàn)裝置如圖２．３所示。反應(yīng)釜內(nèi)漿料溫度通過(guò)釜夾套與超級(jí)恒溫槽（或低溫冷??卻液循環(huán)泵）之間的水循環(huán)控制。攪拌強(qiáng)度不低于３００ｒ／ｍｉｎ以保證反應(yīng)體系的充??分混合。進(jìn)氣與取樣共用一根深入釜底部的管，取樣后可通氣反吹洗，以免管內(nèi)??高濃度溶液析出固相堵管，并減少不同反應(yīng)時(shí)間下取樣時(shí)前次殘留于管內(nèi)漿料對(duì)??后次取樣準(zhǔn)確性的影響。??２．２．３實(shí)驗(yàn)方法??按照實(shí)驗(yàn)固液比取一定量原料與７５ｇ純水混合配成反應(yīng)漿料，裝入高壓反應(yīng)釜??中，開(kāi)啟攪拌及水循環(huán)使反應(yīng)漿料到達(dá)一定溫度（反應(yīng)劇烈放熱，通氣后溫度迅??速大幅度上升，所以預(yù)熱溫度應(yīng)低于實(shí)驗(yàn)溫度，具體數(shù)值根據(jù)不同條件下實(shí)驗(yàn)經(jīng)??驗(yàn)確定）后

ＳｏｉｉｄＡｉｑｕｉｄ?ｒａｔｉｏ??ｂ??圖２．６固液比對(duì)浸出液濃度及浸出率的影響．？?ａ．?ＭｇＯ濃度及浸出率；ｂ．雜質(zhì)濃度及浸出率??Ｆｉｇｕｒｅ?２．６?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｓｏｌｉｄ／ｌｉｑｕｉｄ?ｒａｔｉｏ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｌｅａｃｈｉｎｇ?ｌｉｑｕｏｒ?ａｎｄ?ｌｅａｃｈｉｎｇ??ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：?ａ．?ｔｈｅ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｌｅａｃｈｉｎｇ?ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ?ｏｆ?ＭｇＯ；?ｂ．?ｔｈｅ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ?ａｎｄ?ｌｅａｃｈｉｎｇ??ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｍａｉｎｌｙ?ｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓ??在溫度２０°Ｃ、二氧化碳?jí)簭?qiáng)５ＭＰａ、攪拌強(qiáng)度５００ｒ／ｍｉｎ、浸出時(shí)間１．５ｈ的條件??下，將原料與純水配制成不同固液比的漿料進(jìn)行反應(yīng)，結(jié)果如圖２．６所示。浸出??液中氧化鎂、氧化鈣、鐵、硅的濃度隨固液比增大而增大。當(dāng)固液比由０．１４升??至０．１６時(shí)，氧化鎂的浸出率幾乎不變且接近硼泥中以水鎂石形式存在的氧化鎂??含量值，固液比繼續(xù)升高，氧化鎂浸出不完全，浸出率下降。圖２．６ｂ中硼的浸??出率與其他雜質(zhì)相比較高是由于其在原料中含量很低。原料固液比對(duì)鋁的浸出影??響不明顯。為了獲得高氧化鎂浸出率下的高濃度富鎂浸出液
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2835970